DE102023118066A1

DE102023118066A1 - Hydraulisches Leitungssystem zum zumindest teilweisen Separieren und Formgebungsmaschine sowie Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE102023118066A1
Application number: DE102023118066.5A
Authority: DE
Inventors: Johannes Leonhard Krondorfer; Friedrich Pernkopf
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2023-07-07
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2043-07-08
Also published as: AT18039U1; DE102023118066B4

Abstract

Hydraulisches Leitungssystem (1) zum zumindest teilweisen Separieren von dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln in einem Massenstrom, insbesondere in einem Fluidstrom, insbesondere in einem Hydraulikfluidstrom, umfassend- wenigstens einen Einflussstutzen (2),- wenigstens einen Ausflussstutzen (3) sowie- wenigstens eine erste zwischen dem wenigstens einen Einflussstutzen (2) und dem wenigstens einen Ausflussstutzen (3) angeordnete Leitung (4), wobei- die wenigstens eine erste Leitung (4) zumindest teilweise entlang der Leitungsstrecke gekrümmt ist, wobei, innerhalb einer Krümmungsstrecke der wenigstens einen ersten Leitung (4) wenigstens eine zweite Leitung (5) entspringt, wobei die wenigstens eine zweite Leitung (5) im Wesentlichen tangential zur wenigstens einen ersten Leitung (4) in stromabwärts fließender Richtung entspringt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Leitungssystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Formgebungsmaschine mit einem solchen hydraulischen Leitungssystem, sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 18.
Bei Hydrauliksystemen werden in der Regel Leitungen und Pumpen verbaut, wobei Pumpen mit oder ohne einen Vorfilter verwendet werden. Grund hierfür ist, dass die Hydraulikflüssigkeit, oftmals Öl, mit Festkörpern verunreinigt ist. Diese Festkörper bzw. diese Partikel in der Hydraulikflüssigkeit können zu schwerwiegenden Schäden des Hydrauliksystems und/oder im Speziellen der Pumpe führen.
Um Partikel im Öl einzufangen, kann ein Vorfilter verwendet werden. Jedoch kann es nach dem Filter zu großen Druckverlusten innerhalb des Hydrauliksystems kommen. Durch diese Druckverluste nach einem Vorfilter kann auf der Saugseite der Pumpe Kavitation, insbesondere Gas-, Dampf- und/oder Pseudokavitation, hervorgerufen werden. Kavitation kann Pumpen beschädigen und/oder zu deren Ausfall führen, wodurch das gesamte hydraulische System negativ beeinflusst wird. Probleme dieser Art können mit einer Speisepumpe gelöst werden, die allerdings zusätzliche Kosten verursacht.
Wird kein Vorfilter vor einer Pumpe eingesetzt, entsteht zwar kein zusätzlicher Druckverlust auf der Saugseite der Pumpe, allerdings können im Öl befindliche Partikel nicht eingefangen und/oder detektiert werden. Die frei beweglichen Partikel können daher zur Schädigung und/oder zum Ausfall einer Pumpe führen.
Eine weitere Möglichkeit, um Feststoffpartikel von einem Hydrauliköl abzutrennen, beschreibt die Schrift AT 521034 B1 . Hier wird eine Formgebungsmaschine mit einem Hydrauliksystem offenbart. Dieses Hydrauliksystem beinhaltet einen Fliehkraftabscheider und einen Öltank. Ein Fliehkraftabscheider kann hier beispielsweise ein sogenannter Hydrozyklon sein, welcher allerdings Schwächen beim Separieren von kleineren Partikeln im Massenstrom zeigt. Außerdem ist der Hydrozyklon insgesamt eine relativ aufwändig herzustellende und zu wartende Baugruppe.
Ein Nachteil des Standes der Technik ist, dass es beim Einsatz von Filtern zu Kavitation kommt, was wiederum zu Schäden und/oder Ausfällen der Pumpen führen kann.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik ist, dass es ohne Filter durch Feststoffpartikel im Hydrauliköl zu Schäden und/oder Ausfällen der Pumpen kommen kann.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik ist, dass filterlose Separation von Feststoffpartikeln aus einem Hydrauliköl konstruktiv aufwendig und teuer ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hydraulisches Leitungssystem bereitzustellen, das den oben genannten Stand der Technik in Bezug auf zumindest einen der erwähnten Nachteile verbessert. Es soll somit ein hydraulisches Leitungssystem bereitgestellt werden, das geringeren Druckverlust und/oder mit konstruktiv einfachen Maßnahmen dispergierte, insbesondere suspendierte, Partikel in einem Massenstrom separieren kann.
Hinsichtlich der vorliegenden Erfindung wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, nämlich durch Bereitstellung eines hydraulischen Leitungssystems zum zumindest teilweisen Separieren von dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln in einem Massenstrom, insbesondere einem Fluidstrom, insbesondere einem Hydraulikfluidstrom, umfassend wenigstens einen Einflussstutzen, wenigstens einen Ausflussstutzen sowie wenigstens eine erste zwischen dem wenigstens einen Einflussstutzen und dem wenigstens einen Ausflussstutzen angeordnete Leitung, wobei die wenigstens eine erste Leitung zumindest teilweise entlang der Leitungsstrecke gekrümmt ist, wobei innerhalb der Krümmungsstrecke der wenigstens einen ersten Leitung wenigstens eine zweite Leitung entspringt, wobei die wenigstens eine zweite Leitung im Wesentlichen tangential zur wenigsten einen ersten Leitung in stromabwärts fließender Richtung entspringt.
Die erfinderische Grundidee besteht darin, dass die wenigstens eine erste Leitung entlang zumindest eines Abschnittes ihrer Leitungsstrecke gekrümmt ist. Durch diese Krümmung der wenigstens einen ersten Leitung bewegen sich Partikel in der Hydraulikflüssigkeit an den äußeren Rand der Krümmungsstrecke. Die Partikel, welche sich am äußeren Rand der Krümmungsstrecke im Massenstrom bewegen, werden somit in die zweite Leitung geführt.
Unter Krümmung wird im weitesten Sinne ein von einer Geraden abweichender Verlauf verstanden. Es kann sich auch um einen von einer geraden Ebene abweichenden Verlauf handeln. Meist handelt es sich bei einer Krümmung um eine bogenförmige Abweichung von einem geraden Verlauf. Mit anderen Worten handelt es sich um einen kurvenförmigen Verlauf.
Unter Massenstrom wird im weitesten Sinne die Masse eines Mediums, das sich pro Zeiteinheit durch einen bestimmten Querschnitt bewegt, verstanden. Das Medium kann dabei ein Reinstoff oder ein Gemisch sein. Das Medium kann ein Fluid sein, wobei typische Beispiele hierfür Gase und Flüssigkeiten in Reinform sowie Substanzgemische wie Aerosole, Suspensionen, Emulsionen oder Dispersionen allgemeiner Art sind.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Medium ein Hydraulikfluid.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch ihren Einsatz bei bereits bekannten Ausführungsformen des Standes der Technik, wie beispielsweise in der Beschreibungseinleitung beschrieben, ihren Einsatz finden und nachträglich installiert werden.
Der wenigstens eine Einflussstutzen und der wenigstens eine Ausflussstutzens sind Stutzen allgemeiner Art. Diese können sehr einfach ausgeführt sein. In einfachen Ausführungsbeispielen handelt es sich dabei um die Leitungsenden oder Leitungsabschnitte, die das erfindungsgemäße Leitungssystem mit dem Rest des Hydrauliksystems verbinden. Diese Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend zu verstehen, da die Stutzen jedwede, mitunter anspruchsvollere, Ausführungsform einnehmen können.
Unter der Formulierung „im Wesentlichen tangential“ kann verstanden werden, dass ein allfällig vorliegender Winkel kleiner als 20°, bevorzugt kleiner als 10°, besonders bevorzugt kleiner gleich 5° und besonders bevorzugt kleiner gleich 3°, ist. Mit anderen Worten kann darunter verstanden werden, dass die Vektoren der Strömungsgeschwindigkeiten der Massenströme der wenigstens einen ersten Leitung und der wenigstens einen zweiten Leitung am Punkt ihrer Separation einen Winkel kleiner als 20°, bevorzugt kleiner als 10°, besonders bevorzugt kleiner gleich 5° und besonders bevorzugt kleiner gleich 3°, einschließen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine erste Leitung einen solchen Krümmungsradius und Querschnitt aufweist, sodass in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Partikel die damit entstehende Fliehkraft die Partikel gegen eine Wand der wenigstens einen ersten Leitung und/oder zweiten Leitung drückt.
Mit anderen Worten können die Partikel in bevorzugter Weise bereits gegen eine Wand der ersten Leitung gedrückt werden, durch den Massenstrom weiter entlang der Wand der ersten Leitung bewegt werden und schließlich in die zweite Leitung geführt werden. Es ist aber auch möglich, dass durch entsprechenden Krümmungsradius und Querschnitt der ersten Leitung die Partikel in einem solchen Ausmaß durch den Massenstrom und die Fliehkräfte bewegt werden können, dass diese direkt und ohne gegen die Wand der ersten Leitung gedrückt zu werden in zweite Leitung geführt werden können.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine erste Leitung im Wesentlichen gebogen, vorzugsweise als Kreisbogen, Spirale oder Helix ausgeführt ist. Mit anderen Worten kann die Krümmung der wenigstens einen ersten Leitung einen zweidimensionalen oder einen dreidimensionalen Verlauf aufweisen.
Eine Helix ist eine Schraubenlinie. Mit anderen Worten ist eine Helix eine horizontale Krümmung mit einer zusätzlichen vertikalen Steigung. Die Steigung kann dabei konstant sein. Ein helikaler Verlauf kann mit anderen Worten auch als wendelförmig bezeichnet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Krümmungswinkel der wenigstens einen ersten Leitung mindestens 90°, bevorzugt mindestens 180°, beträgt.
Der Krümmungswinkel kann zusammen mit dem Krümmungsradius und anderen Parametern der wenigstens einen ersten Leitung so gewählt werden, dass Partikel in die wenigstens eine zweite Leitung durch die Fliehkraft geführt werden.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine zweite Leitung aus einer von einem Krümmungszentrum der wenigstens einen ersten Leitung abgewandten Seite der wenigstens einen ersten Leitung abzweigt.
Mit anderen Worten kann die wenigstens eine zweite Leitung derart aus der wenigstens einen ersten Leitung abzweigen, dass ihre Abzweigungsrichtung aus der wenigstens einen ersten Leitung im Wesentlichen mit der Bewegungsrichtung der durch die Fliehkraft und den Massenstrom bewegten Partikeln übereinstimmt.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass aus der wenigstens einen ersten Leitung zwischen dem wenigstens einen Einzelstutzen und dem wenigstens einen Ausflussstutzen stromabwärts nach dem ersten Viertel, insbesondere nach dem ersten Drittel, insbesondere nach der Hälfte, vorzugsweise bei der Hälfte, der Krümmungsstrecke die wenigstens eine zweite Leitung abzweigt.
Durch eine solche bevorzugte Ausführungsform kann gewährleistet werden, dass die wenigstens eine zweite Leitung nicht zu früh aus der wenigsten einen ersten Leitung entspringt und damit Partikel nicht in der wenigsten einen ersten Leitung weiterbewegt werden, sondern die Partikel durch ausreichendes Wirken der Fliehkraft gegen die von einem Krümmungszentrum der wenigstens einen ersten Leitung abgewandten Wand der wenigstens einen ersten Leitung gedrückt und bei Abzweigung der wenigstens einen zweiten Leitung in diese zweite Leitung geführt werden können.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine zweite Leitung in den wenigstens einen Ausflussstutzen, in einen anderen Ausflussstutzen, in ein Auffangelement, vorzugsweise in einen Filter, in wenigstens eine Pumpe oder in einen Tank mündet, vorzugsweise endet.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Dimensionen der wenigstens einen ersten Leitung und der wenigstens einen zweiten Leitung so aufeinander abgestimmt sind, dass das Massenstromverhältnis von dem wenigstens einen zweiten Leitungsmassenstrom zum wenigstens einen ersten Leitungsmassenstrom zwischen 0 und 0,5, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,4, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,1, liegt.
Prinzipiell hängt der Massenstrom vom Querschnitt der jeweiligen Leitung und der Strömungsgeschwindigkeit des jeweiligen Massenstroms ab. Der Massenstrom kann zudem durch den Krümmungsradius, den Krümmungswinkel und die Krümmungslänge der Krümmungsstrecke der wenigsten einen ersten Leitung beeinflusst werden.
Der Gesamtmassenstrom des hydraulischen Leitungssystems im Einflussstutzen kann aus der Summe der Einzelmassenströme, die aus dem Einflussstutzen hervorgehen, berechnet werden und kann mindestens den Massenstrom einer ersten Leitung beinhalten.
Der Gesamtmassenstrom des hydraulischen Leitungssystems im Ausflussstutzen ergibt sich aus der Summe der Einzelmassenströme, die in den Ausflussstutzen münden, und kann mindestens den Massenstrom einer ersten Leitung beinhalten. Wenn der Massenstrom einer zweiten Leitung im Ausflussstutzen mündet, kann der Gesamtmassenstrom aus der Summe der Einzelmassenströme der mindestens einen ersten Leitung und einer solchen zweiten Leitung berechnet werden.
Es können neben einer ersten und zweiten Leitung unbegrenzt viele zusätzliche Leitungen vorgesehen sein. Es besteht dabei keine Einschränkung auf die Anzahl, Formen, Dimensionen, Materialien, Materialkombinationen, Startpunkte oder Endpunkte der vorhanden Leitungen.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass das hydraulische Leitungssystem so dimensioniert ist, dass im Wesentlichen alle Massenströme laminare Strömungen sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine erste und die wenigstens eine zweite Leitung in Summe verkleinerte Querschnitte gegenüber dem Querschnitt des Einflussstutzens aufweisen. Bei konstanter Strömung erhöhen sich somit Strömungsgeschwindigkeiten in der wenigstens einen ersten Leitung und der wenigsten einen zweiten Leitung gegenüber der vorherigen Strömungsgeschwindigkeit im Einflussstutzen.
Die Querschnitte der wenigstens einen ersten Leitung und der wenigsten einen zweiten Leitung können dabei so weit verkleinert werden, dass es sich bei den Massenströmen der wenigstens einen ersten Leitung und der wenigsten einen zweiten Leitung um laminare und nicht um turbulente Strömungen handelt.
Um den Abscheidegrad zu optimieren, werden laminare Strömungen bevorzugt. Die Parameter, die einen wesentlichen Einfluss auf den Abscheidegrad haben, sind der Krümmungsradius, die Länge der Krümmungsstrecke, der Krümmungswinkel der Krümmungsstrecke, die Strömungsgeschwindigkeiten sowie die Querschnitte der einzelnen Leitungen des hydraulischen Leitungssystems.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine zweite Leitung wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, zur Partikeldetektion aufweist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, ein mechanischer, optischer, akustischer, elektrischer und/oder magnetischer, insbesondere ein thermoelektrischer, piezoelektrischer, resistiver, kapazitiver und/oder induktiver, Sensor ist.
Die Anzahl der verwendeten Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messglieder, deren Art, Anordnung und Kombination untereinander sind unbegrenzt und können beliebig in verschiedensten Ausführungsformen kombiniert werden.
Beispielsweise kann ein optisches Messglied auf Basis der Extinktion eingesetzt werden und um ein weiteres Messglied, welches kurz nach dem ersten Messglied angeordnet ist und dessen Funktionsprinzip auf magnetischen Feldern basiert, ergänzt werden.
Eine Partikeldetektionseinheit kann in einer Ausführungsvariante ein Fenster in der wenigstens einen zweiten Leitung sein. In diesem Fall kann Personal durch ein Fenster sehen und den Trübungsgrad subjektiv beurteilen. Es kann stattdessen in einer anderen Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Partikeldetektionseinheit anstelle eines Fensters ein Messglied ist, wobei das Messglied den Trübungsgrad objektiv, beispielsweise mit Hilfe von gestreutem Licht, misst. Es kann in einer anderen Ausführungsvariante ein Fenster zusammen mit einem Messglied als Partikeldetektionseinheit vorgesehen sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, ein Signal, insbesondere ein mechanisches, optisches, akustisches, elektrisches und/oder magnetisches Signal, ausgibt.
Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, ein elektrisches und/oder elektronisches Signal, insbesondere ein analoges und/oder digitales Signal, ausgibt.
Weiters kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts ausgibt.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass dem wenigstens einen Einflussstutzen und/oder dem wenigstens einen Ausflussstutzen wenigstens eine Pumpe vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass durch das Signal der wenigstens einen Partikeldetektionseinheit, insbesondere des Messgliedes, der Massenstrom unterbrechbar und/oder die wenigstens eine Pumpe abschaltbar ist. Dabei kann das Signal der wenigstens einen Partikeldetektionseinheit, insbesondere des Messgliedes, ein qualitatives und/oder ein quantitatives Signal sein.
Mit anderen Worten kann das Signal der wenigstens einen Partikeldetektionseinheit, insbesondere des Messgliedes, über das generelle Vorhandensein von dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln Auskunft geben und/oder durch eine Umrechnung der von der wenigstens einen Partikeldetektionseinheit, insbesondere vom Messglied, detektierten Messgröße eine Mengenangabe an dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln im Massenstrom bereitstellen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass mehr als eine Pumpe mit dem hydraulischen Leitungssystem in Verbindung steht.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine zweite Leitung mindestens ein zum Auffangen der Partikel im Massenstrom geeignetes Element, vorzugsweise eine Lamelle, einen Magneten oder einen Filter, aufweist.
Auffangelemente können jedwede Größe und Form aufweisen und sind in ihrer Position, Anzahl und zugrunde liegenden Materialien oder Materialkombinationen nicht eingeschränkt.
Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass eine für die Partikeldetektion erforderliche Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, vor und/oder nach einem Auffangelement angeordnet ist.
Ist beispielsweise eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, vor einem oder mehreren Auffangelementen angeordnet, können Partikel detektiert und danach aufgefangen werden, sodass sowohl die Kenntnisnahme von vorhandenen Partikeln als auch das Auffangen derselbigen und damit der Schutz einer nachgeschalteten Pumpe gewährleistet werden kann.
Ist beispielsweise eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, nach einem oder mehreren Auffangelementen angeordnet, können Partikel vor der Partikeldetektionseinheit, insbesondere dem Messglied, aufgefangen werden. Bei einer geringen Menge an Partikeln können diese durch die Auffangelemente zurückgehalten werden und werden nicht detektiert. Sollte die Kapazität der Auffangelemente im Laufe des Betriebs und/oder durch die Konzentration an dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln im Massenstrom überschritten werden, können Partikel durch eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, detektiert werden.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine zweite Leitung zumindest teilweise eine Querschnittsvergrößerung aufweist, wobei in dem Bereich der Querschnittsvergrößerung keine oder nur eine sehr viel geringere Strömung als im der Querschnittsvergrößerung vorausgehenden Teil der wenigstens einen zweiten Leitung herrscht.
Mit anderen Worten kann der Querschnittsverlauf der wenigstens einen zweiten Leitung so gewählt werden, dass zumindest teilweise in der wenigstens einen zweiten Leitung ein Strömungstotgebiet vorherrscht.
Weiters wird Schutz begehrt für eine Formgebungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen hydraulischen Leitungssystem.
Unter Formgebungsmaschinen können Spritzgießmaschinen, Spritzpressen, Pressen und dergleichen verstanden werden. Auch Formgebungsmaschinen, bei welchen die plastifizierte Masse einem geöffneten Formwerkzeug zugeführt wird, sind durchaus denkbar.
Neben dem hydraulischen Leitungssystem an sich und einer Formgebungsmaschine mit einem solchen hydraulischen Leitungssystem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum zumindest teilweisen Separieren von dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln in einem Massenstrom, insbesondere in einem Fluidstrom, insbesondere in einem Hydraulikfluidstrom, umfassend wenigstens einen Einflussstutzen, wenigstens einen Ausflussstutzen, sowie wenigstens eine erste zwischen dem wenigstens einen Einflussstutzen und dem wenigstens einen Ausflussstutzen angeordnete Leitung, wobei die wenigstens eine erste Leitung zumindest teilweise entlang der Leitungsstrecke gekrümmt ist, wobei innerhalb der Krümmungsstrecke der wenigstens einen ersten Leitung wenigstens eine zweite Leitung entspringt, wobei die wenigstens eine zweite Leitung im Wesentlichen tangential zur wenigsten einen ersten Leitung in stromabwärts fließender Richtung entspringt.
Mit anderen Worten wird Schutz für ein Verfahren begehrt, nämlich ein Verfahren zum zumindest teilweisen Separieren von dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln in einem Massenstrom, insbesondere in einem Fluidstrom, insbesondere in einem Hydraulikfluidstrom, wobei der Massenstrom durch eine entlang zumindest einer entlang einer Leitungsstrecke gekrümmten wenigstens ersten Leitung geführt wird, wobei der Massenstrom innerhalb einer Krümmungsstrecke der wenigstens einen ersten Leitung zwischen der wenigstens einen ersten Leitung und wenigstens einer zweiten Leitung so separiert wird, dass der Massenstrom in der wenigstens einen zweiten Leitung an der Stelle der Separierung im Wesentlichen tangential zum Massenstrom in der wenigsten einen ersten Leitung ausgerichtet ist.
In einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die wenigstens eine zweite Leitung wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, zur Partikeldetektion aufweist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Massenstrom in der wenigstens einen zweiten Leitung durch wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, zur Partikeldetektion vermessen wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass durch ein Signal wenigstens einer Partikeldetektionseinheit, insbesondere eines Messgliedes, der Massenstrom unterbrochen und/oder wenigstens eine Pumpe abgeschaltet wird.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, ein Abschalten aller vorhandenen Pumpen oder nur einer begrenzten Anzahl an Pumpen oder nur einer Pumpe herbeiführt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mehrere Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messglieder, zusammen ein Abschalten aller vorhandenen Pumpen oder nur einer begrenzten Anzahl an Pumpen oder nur einer Pumpe herbeiführen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Figuren sowie den dazugehörigen Figurenbeschreibungen. Dabei zeigen:

1: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems angeschlossen an einer Pumpe und einem Tank;
1A: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems angeschlossen an einer Pumpe und einem Tank mit einer Venturi-Düse;
1B: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems angeschlossen an zwei Pumpen und einem Tank;
1C: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems angeschlossen an zwei Pumpen und einem Tank mit einer dritten Leitung;
2: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems mit einem ein- und ausfließendem Gesamtmassenstrom ṁ_ges;
3: eine schematische Darstellung der aufgrund eines Massenstroms m auf einen Partikel wirkenden Kräfte;
4: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems mit Strömungsrichtungen des Gesamtmassenstroms ṁ_ges und der Teilmassenströme ṁ_H und ṁ_N;
5: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems mit mehreren Auffangelementen
6: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems mit einer Anordnung;
6A: ein anderes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems mit einer Anordnung;
6B: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems mit einem magnetischem Auffangelement;
6C: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit zwei Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messgliedern, am Anfang und Ende der zweiten Leitung;
7: ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems mit einem Strömungstotgebiet und zwei Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messgliedern;
8-13: diverse Ausführungsbeispiele von hydraulischen Leitungssystemen mit jeweils einem Einflussstutzen, einem Ausflussstutzen, einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung. Diese Ausführungsbeispiele sollen mögliche Varianten der unterschiedlichsten Geometrien eines hydraulischen Leitungssystems darstellen. Die dargestellten Geometrien sind als mögliche Ausführungsbeispiele und keinesfalls bezüglich Anzahl, Verlauf, Form, Dimensionen oder Ähnlichem einschränkend zu verstehen.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1. Dabei fließt eine Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 10 durch einen Einflussstutzen 2 in eine erste gekrümmte Leitung 4, die einen kleineren Querschnitt als der Einflussstutzen 2 aufweist. Die zweite Leitung 5 weist einen noch kleineren Querschnitt als die erste Leitung 4 auf. Beide Leitungen 4,5 münden in den Ausflussstutzen 3, dessen Querschnitt größer als jener der beiden Leitungen 4,5 ist.
Bei etwa der Hälfte der Krümmungsstrecke der einen ersten Leitung 4 entspringt eine zweite Leitung 5 tangential in stromabwärts fließender Richtung aus der ersten Leitung 4, also zumindest am Ursprung der zweiten Leitung 5 im Wesentlichen der Strömungsrichtung der ersten Leitung 4 folgend.
Durch die Krümmung der ersten Leitung 4 können Partikel in der ersten Leitung 4 gegen die äußere Leitungswand gedrückt werden, sodass diese im Zuge ihrer Bewegung im Massenstrom zumindest teilweise in die zweite Leitung 5 geführt werden können. Die zweite Leitung 5 mündet dann in den Ausflussstutzen 3.
Die Pumpe 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel dem Ausflussstutzen 3 nachgeschaltet. Die Richtung, in die die Pumpe 7 die Hydraulikflüssigkeit pumpt, konkret die Strömungsrichtung, verläuft von der Saugseite 11 der Pumpe 7 in Richtung der Druckseite 12 der Pumpe 7.
Auf der Druckseite 12 der Pumpe 7 ist eine weitere Leitung.
1A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 angeschlossen an einer Pumpe 7 und einem Tank 10 mit einer Venturi-Düse 14.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel in 1 führt in 1A die zweite Leitung 5 nicht in den Ausflussstutzen 3 sondern zurück in einen Bereich der ersten Leitung 4, konkret in einen Anfangsbereich der ersten Leitung 4.
Auf diese Weise können Partikel in einer Schleife gehalten werden, ohne dass sie in die Pumpe 7 gelangen.
Wenn die zweite Leitung 5 zurück in die erste Leitung 4 geleitet wird, kann es aufgrund der Druckverhältnisse zu Rückströmungen kommen, welche durch den Einsatz einer Venturi-Düse 14 verhindert werden können.
1B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 angeschlossen an zwei Pumpen 7 und einem Tank 10.
Wie in 1B dargestellt, kann vorgesehen sein, dass sich die erste Leitung 4 in zwei separate erste Leitungen 4 aufteilt und für jede dieser zwei separaten ersten Leitungen 4 je eine zweite Leitung 5, ein Ausflussstutzen 3 und eine Pumpe 7 vorgesehen ist. Mit anderen Worten teilt sich die erste Leitung 4 in einen ersten Umlauf 16 und eine zweiten Umlauf 17 auf.
Wie in 1B dargestellt, kann vorgesehen sein, dass bei einer Ausführung mit zwei Umläufen 16 und 17, eine der beiden zweiten Leitungen 5, konkret die zweite Leitung 5 des ersten Umlaufs 16, nicht in den Ausflussstutzen 3 des ersten Umlaufs 16 geleitet wird, sondern zurück in einen Teil der ersten Leitungen 4 führt. Auf diese Weise können Partikel aus dem ersten Umlauf 16 in den zweiten Umlauf 17 geleitet werden. In dem zweiten Umlauf 17 können weitere Partikel wie im ersten Umlauf 16 separiert werden. In 1B führt die zweite Leitung 5 des zweiten Umlaufs 17 in den Auslaufstutzen 3 des zweiten Umlaufs 17.
1C zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 angeschlossen an zwei Pumpen 7 und einem Tank 10 mit einer dritten Leitung 15.
Im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel aus 1B ist in 1C eine dritte Leitung 15 dargestellt, welche wie die zweiten Leitungen 5 des ersten und des zweiten Umlaufs 16 und 17 zum zumindest teilweisen Separieren von Partikeln verwendet werden kann.
Wie in 1C dargestellt, kann die dritte Leitung 15 im zweiten Umlauf 17 aus der ersten Leitung 4 entspringen und bis zum ersten Umlauf 16 geleitet werden. Die dritte Leitung 15 kann dabei in die zweite Leitung 5 des ersten Umlaufs 16 münden, wodurch der Massenstrom der dritten Leitung 15 in den Massenstrom der zweiten Leitung 5 des ersten Umlaufs 16 übergeht.
Die Ausführungsbeispiele aus den 1A bis 1C sollen verdeutlichen, dass ein hydraulisches Leitungssystem nicht auf einen Umlauf oder nur einzelne Teile beschränkt ist. Im Gegenteil ist ein hydraulisches Leitungssystem mit mehreren ersten Leitungen 4, zweiten Leitungen 5, Pumpen 7, Einflussstutzen 2, Ausflussstutzen 3, dritten Leitungen 15 und/oder anderen Bauteilen vorstellbar.
Es ist auch vorstellbar, mehrere Umläufe hintereinander und/oder gekreuzt zu kombinieren. Dabei können Verbindungen zwischen den verschiedenen Umläufen durch die vorhandenen Leitungen erreicht werden.
Die Anzahl der Verbindungen zwischen einzelnen Umläufen, die Verbindungselemente und die Positionen der Verbindungen zwischen den Umläufen sind dabei nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.
In einer anderen Ausführungsvariante können aus einem Tank 10 zwei oder mehrere hydraulische Leitungssysteme 1 entspringen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass zwei hydraulische Systeme mit zwei Einflussstutzen 2 und zwei ersten Leitungen 4 parallel geschaltet sind.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem ein- und ausfließendem Gesamtmassenstrom ṁ_ges. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht dem hydraulischen Leitungssystem 1 der 1. Ein Gesamtmassenstrom ṁ_ges fließt, beispielsweise durch den Sog einer Pumpe, in den Einflussstutzen 2 und weiter in die erste Leitung 4. Bei etwa der Hälfte der Krümmungsstrecke der ersten Leitung 4 entspringt eine zweite Leitung 5. Der ursprüngliche Massenstrom teilt sich. Im Ausflussstutzen 3 verbinden sich die Teilströme wieder und bilden den ursprünglichen Gesamtmassenstrom ṁ_ges.
3 zeigt eine schematische Darstellung der aufgrund eines Massenstroms m auf einen Partikel wirkenden Kräfte. Ein in einem geradlinigen Massenstrom m befindlicher Partikel wird entsprechend der Strömungsrichtung mitbewegt. Folgt der Verlauf des Massenstroms m einer Krümmung, bewegt sich der Partikel ebenso in einer gekrümmten Bahn, wobei der Partikel durch die Fliehkraft F_F immer weiter nach außen, in Richtung einer dem Krümmungszentrum abgewandten Leitungswand der wenigstens einen ersten Leitung 4 oder gegen eine dem Krümmungszentrum abgewandten Leitungswand der wenigstens einen ersten Leitung 4, gedrückt wird. Dabei hängt die Fliehkraft F_F wie nachfolgend beschrieben von der Partikelmasse m_p, dem Krümmungsradius r der wenigstens ersten Leitung 4 und der Winkelgeschwindigkeit ω oder der Tangentialgeschwindigkeit v_tan des Partikels ab. $F_{F} = m_{p} \cdot r \cdot ω^{2} = m_{p} \cdot \frac{v_{t a n}^{2}}{r} = \frac{π \cdot d_{p}^{3}}{6} \cdot ρ_{p} \cdot \frac{v_{t a n}^{2}}{r}$
Durch die Hydraulikflüssigkeit wird der Bewegung nach außen infolge der Fliehkraft F_F eine Widerstandskraft F_W entgegengesetzt. Dabei hängt die Widerstandskraft F_W wie nachfolgend beschrieben von dem Widerstandsbeiwert des Fluids c_w, der projizierten Fläche des Partikels A_p, der Fluiddichte ρ_F und der Strömungsgeschwindigkeit v ab. $F_{w} = \frac{1}{2} \cdot c_{w} \cdot A_{p} \cdot ρ_{F} \cdot v^{2} = \frac{1}{2} \cdot c_{w} \cdot \frac{d_{p}^{2} \cdot π}{4} \cdot ρ_{F} \cdot v^{2}$
Ist der Betrag der Fliehkraft F_F größer als der Betrag der Widerstandskraft F_W, so ergibt sich daraus wie nachfolgend beschrieben eine resultierende Kraft F_res, die den Partikel nach außen drückt. $F_{r e s} = F_{F} - F_{W}$
Um die Fliehkraft F_F und damit den Abscheidegrad zu erhöhen, kann einerseits der Krümmungsradius r der Krümmungsstrecke verkleinert und/oder andererseits die Tangentialgeschwindigkeit v_tan vergrößert werden. Die Tangentialgeschwindigkeit v_tan erhöht sich durch eine Verjüngung des Fließquerschnitts nach dem Einflussstutzen 2. Bei konstantem Massenstrom m führt eine Verjüngung des durchflossenen Querschnitts A einer Leitung wie nachfolgend beschrieben zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit v. $\dot{m} = v_{1} \cdot A_{1} = v_{3} \cdot A_{2}$
Durch eine Verkleinerung des Querschnittes steigt jedoch der Druckverlust; bei laminaren Strömungen proportional der Geschwindigkeit und bei turbulenten Strömungen proportional mit der Geschwindigkeit zum Quadrat. $Δ p_{l a m} \sim v_{S t r \ddot{o} m u n g}$
$Δ p_{t u r b} \sim v_{S t r \ddot{o} m u n g}^{2}$
Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, den Querschnitt nur so weit zu verkleinern, bis gerade noch eine laminare Strömung vorherrscht. Dadurch kann ein optimaler Abscheidegrad bei niedrigem Druckverlust bewirkt werden. Das bedeutet die Reynoldszahl soll unter 2300 sein, um eine laminare Strömung zu gewährleisten. Die Reynoldszahl Re gibt darüber Auskunft, inwiefern eine Strömung durch Störungen von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung umschlägt. Eine weitverbreitete kritische Reynoldszahl Re_krit ist der eben genannte Wert in der Höhe von 2300, wobei bei einer Reynoldszahl über diesem Wert Re_krit von einer turbulenten Strömung ausgegangen wird. Die tatsächlich herrschende Reynoldszahl Re kann beispielsweise in einem Rohrleitungssystem mit Hilfe der Strömungsgeschwindigkeit v eines Fluids, dem hydraulischen Durchmesser d_H (Innendurchmesser der Rohrleitung), der Fluiddichte ρ_F und der dynamischen Viskosität des Fluids berechnet werden, wie nachfolgender Zusammenhang zeigt: $R e = \frac{v \cdot d_{H} \cdot ρ_{F}}{μ_{F}}$
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit Strömungsrichtungen des Gesamtmassenstroms ṁ_ges. Wie bereits in 2 beschrieben, fließt ein Gesamtmassenstrom ṁ_ges in den Einflussstutzen 2 und weiter in die erste Leitung 4. Bei etwa der Hälfte der Krümmungsstrecke der ersten Leitung 4 entspringt eine zweite Leitung 5. Der ursprüngliche Massenstrom teilt sich in die beiden Teilmassenströme ṁ_H und ṁ_N. Der Hauptmassenstrom ṁ_H folgt der ersten Leitung 4. Der Nebenmassenstrom ṁ_N folgt der zweiten Leitung 5.
Da die beiden Teilmassenströme ṁ_H und ṁ_N aus dem Gesamtmassenstroms ṁ_ges hervorgehen, ist ihre Summe gleich dem Gesamtmassenstroms ṁ_ges.
Bevor die zweite Leitung 5 in den Ausflussstutzen 3 mündet, fließt der Massenstrom der zweiten Leitung 5 an einer Partikeldetektionseinheit, insbesondere einem Messglied, 6 vorbei.
Die Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, 6 kann jedweder Sensor sein, der in der Lage ist, Partikel im Massenstrom zu detektieren.
Beispielsweise kann es sich um einen optischen Sensor handeln, der die Extinktion von elektromagnetischer Strahlung, welche durch die zweite Leitung 5 verläuft, detektieren kann. Wenn keine Partikel in der Hydraulikflüssigkeit vorhanden sind, kann ein Referenzwert der Extinktion gemessen und zusätzlich gespeichert werden. Sobald sich die Extinktion durch Partikel in der Hydraulikflüssigkeit ändert und einen kritischen Wert erreicht und/oder einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, kann der Sensor einen Alarm und/oder einen Pumpenstopp bewirken.
Durch die in 3 bereits beschriebenen Kräfte können Partikel in den Nebenstrom ṁ_N geführt werden. Partikel werden im Nebenstroms ṁ_N der zweiten Leitung 5 mitgeführt und können dort von einer Partikeldetektionseinheit, insbesondere einem Messglied, 6 detektiert werden, bevor sich die beiden Teilmassenströme ṁ_H und ṁ_N wieder im Ausflussstutzen 3 verbinden und den ursprünglichen Gesamtmassenstrom ṁ_ges bilden.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit mehreren Auffangelementen 8. Die Auffangelemente 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel Lamellen, die abwechselnd an der inneren und äußeren Wand der zweiten Leitung 5 angeordnet sind. Sie bewirken, dass Partikel aufgefangen und somit nicht mehr vom Nebenmassenstrom ṁ_N der zweiten Leitung 5 mitbewegt werden können.
Es wäre beispielsweise auch möglich, eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, 6 den Auffangelementen 8 vorzuschalten. Damit wäre es in diesem Beispiel möglich, geringe Partikelkonzentrationen der Hydraulikflüssigkeit mit Hilfe der Auffangelementen 8 abzutrennen. Wenn die Partikelkonzentration in der Hydraulikflüssigkeit auf einen kritischen Wert steigt oder einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, könnte eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, 6 ein Signal, insbesondere ein Warnsignal, ausgeben und/oder eine den Massenstrom verursachende Vorrichtung, beispielsweise eine Pumpe 7, abschalten.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einer Anordnung 18.
Die Anordnung 18 kann ein Auffangelement 8 und einen Schalter 9 aufweisen.
Das Auffangelement 8 kann in diesem Ausführungsbeispiel ein Sieb oder ein Filter sein.
Das Auffangelement 8 kann wie in diesem Beispiel mit dem Schalter 9 verbunden sein.
Auf diese Weise können beispielsweise einzelne grobe Partikel durch ein Sieb als Auffangelement 8 aufgefangen werden. Wird die Auffangkapazität des Auffangelements 8 ausgeschöpft, so kann durch Betätigung des Schalters 9 eine Signalausgabe und/oder ein Abschalten einer den Massenstrom verursachenden Vorrichtung, beispielsweise einer Pumpe 7, herbeigeführt werden.
Die Anordnung 18 aus einem Schalter 9 und einem Auffangelement 8 kann eine binäre Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein binäres Messglied, darstellen.
In einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass ein Schalter 9 eine Signalausgabe und/oder ein Abschalten einer den Massenstrom verursachenden Vorrichtung, beispielsweise einer Pumpe 7, durch manuelle Betätigung herbeiführt. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn beispielsweise Personal über eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere durch ein Schaufenster, 6 einen hohen Trübungsgrad in der zweiten Leitung 5 feststellt.
Wie in 6 für dieses Ausführungsbeispiel dargestellt, kann der Anordnung 18 eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, 6 vorgeschaltet sein.
Infolge eines beladenen Auffangelements, insbesondere eines Siebes oder Filters, 8 kann ein Staudruck in der zweiten Leitung 5 vor dem Auffangelement 8 durch die Partikeldetektionseinheit, bevorzugt durch das Messglied, besonders bevorzugt durch einen Drucksensor, 6 gemessen werden. Hierdurch kann durch die Detektion eines Staudrucks oder eines kritischen Staudruckbereichs ein Signal durch die Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, 6 ausgegeben werden und/oder ein Abschalten einer den Massenstrom verursachenden Vorrichtung, beispielsweise einer Pumpe 7, herbeigeführt werden.
Werden hingegen kontinuierliche Partikelkonzentrationen vieler kleiner Partikel, die durch das Auffangelement 8 hindurchwandern können, in der Hydraulikflüssigkeit durch die Partikeldetektionseinheit, bevorzugt durch das Messglied, besonders bevorzugt durch einen optischen Sensor, 6 gemessen, kann es ebenso zu einer Signalausgabe und/oder einem Abschalten einer den Massenstrom verursachenden Vorrichtung, beispielsweise einer Pumpe 7, kommen.
Durch den Einsatz von Anordnungen 18 und von Partikeldetektionseinheiten, bevorzugt Messgliedern, besonders bevorzugt eines Drucksensors und/oder eines optischen Sensors, 6 kann bei Vorhandensein von kleinen oder großen Partikelgrößen und von kleinen oder großen Partikelkonzentrationen in optimierter Weise der hydraulische Betrieb überwacht und geregelt werden.
6A zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einer Anordnung 18.
Wie in 6 weist auch die Anordnung 18 in 6A ein Auffangelement 8 und einen Schalter 9 auf.
Im Gegensatz zu 6 ist hier die Anordnung 18 am Ende der zweiten Leitung 5 angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Anordnung 18 am Anfang der zweiten Leitung 5, am Ende der zweiten Leitung 5 und/oder dazwischen angeordnet sein kann.
6B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem magnetischem Auffangelement 8.
Wie in 6B dargestellt, kann ein Auffangelement 8 ein magnetisches Auffangelement 8 sein, welches an einer beliebigen Position entlang der zweiten Leitung 5 angeordnet sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das magnetische Auffangelement 8 knapp vor dem Ende der zweiten Leitung 5.
Ein magnetisches Auffangelement 8 kann ein Permanentmagnet oder Elektromagnet sein.
Ein magnetisches Auffangelement 8 kann Metallspäne festhalten, welche in Medien mitgeschwemmt werden.
Wie in 6B dargestellt, kann vorgesehen sein, ein Auffangelement 8 mit einer Partikeldetektionseinheit, insbesondere einem Messglied, 6 zu kombinieren. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn Partikel zwar durch die Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, 6 detektiert werden, aber dennoch in eine nachgeschaltete Pumpe 7 gelangen und damit Schaden anrichten, weil durch die Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, 6 und/oder dessen Signal die Pumpe nicht rechtzeitig abgeschaltet werden kann. Wird hingegen ein Partikel durch die in 6B dargestellte Partikeldetektionseinheit, insbesondere das Messglied, 6 detektiert, kann er im Anschluss sogleich durch das Auffangelement 8 davon abgehalten werden, in der Strömung weiter bewegt zu werden. So bleibt genug Zeit nachgeschaltete Geräte zu sichern.
6C zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit zwei Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messgliedern, 6 am Anfang und Ende der zweiten Leitung 5.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messgliedern, 6 entlang der zweiten Leitung 5 ganz am Anfang und ganz am Ende angeordnet. Es ist aber auch jede andere mögliche Position entlang der zweiten Leitung 5 denkbar.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem Strömungstotgebiet 13 und zwei Partikeldetektionseinheiten, insbesondere zwei Messgliedern, 6. Durch die Querschnittsvergrößerung der zweiten Leitung 5 zwischen den beiden Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messgliedern, 6 kann es zu einem Strömungstotgebiet, einem Bereich mit keiner oder nur einer sehr geringen Strömungsgeschwindigkeit, des Nebenstroms ṁ_N in der zweiten Leitung 5 kommen.
Durch ein solches Strömungstotgebiet können sich Partikel in der zweiten Leitung 5 absetzen und damit zurückgehalten werden. Zur Kontrolle kann bei diesem Ausführungsbeispiel je eine Partikeldetektionseinheit, insbesondere ein Messglied, 6 vor und nach dem Strömungstotgebiet angeordnet sein.
Dies bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele der 4 bis 7 sind nicht einschränkend zu verstehen. So können beispielsweise die Anzahl und Positionen von Partikeldetektionseinheiten, insbesondere Messgliedern, 6, Auffangelementen 8, Schaltern 9, Strömungstotgebieten 13 und Anordnungen 18 nach Bedarf gewählt und miteinander kombiniert werden.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem Einflussstutzen 2, einem Ausflussstutzen 3, einer ersten Leitung 4 und einer zweiten Leitung 5.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der Einflussstutzen 2 und der Ausflussstutzen 3 länger dimensioniert als die Verjüngungsstrecke zwischen den Stutzen und der ersten Leitung 4.
Die erste Leitung 4 beschreibt einen Krümmungsradius von 180°, wobei die zweite Leitung 5 bei der Hälfte, also bei 90°, im Wesentlichen tangential zur ersten Leitung 4 in stromabwärts fließender Richtung entspringt.
Die zweite Leitung 5 mündet nach einem Krümmungswinkel von 180° der ersten Leitung 4 und damit nach einem Krümmungswinkel von 90° der zweiten Leitung 5 direkt in den Ausflussstutzen 3.
Die Ursprungslinie der zweiten Leitung 5 entspricht einem gleichmäßigen Kreisbogen an der Stelle der ersten Leitung 4, an der der Krümmungswinkel 90° der ersten Leitung 4 beträgt.
Die Ursprungslinie ist der Linienverlauf auf der Außenoberfläche der ersten Leitung 4, an dem die zweite Leitung 5 aus der ersten Leitung 4 entspringt.
Die Krümmungsstrecke liegt in diesem Ausführungsbeispiel in einer Ebene. Mit anderen Worten liegen die Vektoren der Strömungsgeschwindigkeiten entlang des Krümmungsverlaufs in einer Ebene. Mit anderen Worten ist der Strömungsverlauf zweidimensional.
Der Strömungsquerschnitt des Einflussstutzen 2, des Ausflussstutzen 3 und der ersten Leitung 4 sind im Wesentlichen kreisförmig.
Der Strömungsquerschnitt der zweiten Leitung 5 ist dahingehend vom Strömungsquerschnitt der ersten Leitung 4 zu unterscheiden, als dass sich der Strömungsquerschnitt der zweiten Leitung 5 im Wesentlichen aus einer Fläche ergibt, die durch zwei konzentrische Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien begrenzt wird.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem Einflussstutzen 2, einem Ausflussstutzen 3, einer ersten Leitung 4 und einer zweiten Leitung 5.
Dieses Ausführungsbeispiel ist jenem aus 8 sehr ähnlich.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der Einflussstutzen 2 und der Ausflussstutzen 3 kürzer dimensioniert als die Verjüngungsstrecke zwischen den Stutzen und der ersten Leitung 4.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem Einflussstutzen 2, einem Ausflussstutzen 3, einer ersten Leitung 4 und einer zweiten Leitung 5.
Dieses Ausführungsbeispiel ist jenen aus 8 und 9 ähnlich.
In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Krümmungsstrecke nicht in einer Ebene. Die Krümmungsstrecke folgt einem helikalen Verlauf. Mit anderen Worten heißt das, dass die Krümmungsstrecke einem wendelförmigen Verlauf folgt. Die Vektoren der Strömung innerhalb der Krümmungsstrecke bilden einen dreidimensionalen Verlauf.
Die Ursprungslinie beginnt bei einem Krümmungswinkel von 90° der ersten Leitung 4 und endet bei einem Krümmungswinkel von ungefähr 130° der ersten Leitung 4. Die Ursprungslinie verläuft dabei von ihrem Startpunkt bei einem Krümmungswinkel von 90° geschwungen nach oben durch einen Sattelpunkt bis zum Endpunkt bei einem Krümmungswinkel von ungefähr 130°.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem Einflussstutzen 2, einem Ausflussstutzen 3, einer ersten Leitung 4 und einer zweiten Leitung 5.
Dieses Ausführungsbeispiel ist jenem aus 10 sehr ähnlich.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Position und der Verlauf der Ursprungslinie zu 10 unterschiedlich. Hier beginnt die Ursprungslinie erst bei einem Krümmungswinkel der ersten Leitung 4 von über 90°. Die Ursprungslinie folgt einem parabolischen Verlauf, wobei sich der Scheitelpunkt der parabolischen Ursprungslinie näher beim Ausflussstutzen 3 befindet als die Startpunkte der parabolischen Ursprungslinie.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einem Einflussstutzen 2, einem Ausflussstutzen 3, einer ersten Leitung 4 und einer zweiten Leitung 5.
Dieses Ausführungsbeispiel ist jenen aus 8 bis 11 ähnlich.
In diesem Ausführungsbeispiel beschreibt die erste Leitung 4 einen helikalen Verlauf wie die Ausführungsbeispiele aus 10 und 11. Hier ist der Krümmungsradius allerdings 360°. Die erste Leitung 4 beschreibt also eine vollständige Windung einer Schraubenlinie.
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Leitungssystems 1 mit einen Einflussstutzen 2, einen Ausflussstutzen 3, einer ersten Leitung 4 und einer zweiten Leitung 5.
Dieses Ausführungsbeispiel ist jenem aus 12 sehr ähnlich.
In diesem Ausführungsbeispiel beschreibt die erste Leitung 4 allerdings einen längeren helikalen Verlauf. Hier ist die Steigung der helikalen Krümmungsstrecke konstant und der Krümmungsradius beträgt 1080°. Die erste Leitung 4 beschreibt also drei vollständige Windung einer Schraubenlinie.
Bezugszeichenliste:

1: Hydraulisches Leitungssystem
2: Einflussstutzen
3: Ausflussstutzen
4: Erste Leitung
5: Zweite Leitung
6: Partikeldetektionseinheit, insbesondere Messglied
7: Pumpe
8: Auffangelement
9: Schalter
10: Tank mit Flüssigkeit und suspendierten Partikeln
11: Saugseite der Pumpe 7
12: Druckseite der Pumpe 7
13: Strömungstotgebiet
14: Venturi-Düse
15: Dritte Leitung
16: Erster Umlauf
17: Zweiter Umlauf
18: Anordnung
FF: Fliehkraft in N
FW: Widerstandskraft der Hydraulikflüssigkeit in N
Fres: resultierende Kraft in N
mp: Partikelmasse in kg
r: Krümmungsradius der wenigstens einen ersten Leitung 4 in m
ω: Winkelgeschwindigkeit eines Partikels in s^-1
vtan: Tangentialgeschwindigkeit eines Partikels in m·s^-1
ρP: Partikeldichte in kg ·m^-3
ρF: Fluiddichte in kg·m^-3
cw: Widerstandsbeiwert des Fluids (dimensionslos)
Ap: Projizierte Fläche des Partikels in m²
V: Strömungsgeschwindigkeit in m·s^-1
Δp1am: Druckverlust der laminaren Strömung in Pa Δp_turb Druckverlust der turbulenten Strömung in Pa
Re: Reynoldszahl (dimensionslos)
dH: Hydraulischer Durchmesser in m
µF: Dynamische Viskosität des Fluids in kg·(m·s)^-1
ṁ: Massenstrom in kg·s^-1
ṁges: Gesamtmassenstrom in kg·s^-1
ṁH: Massenstrom der Hauptleitung, Massenstrom der wenigsten einen ersten Leitung 4 in kg·s^-1
ṁN: Massenstrom der Nebenleitung, Massenstrom der wenigsten einen zweiten Leitung 5 in kg·s^-1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

AT 521034 B1 [0005]

Claims

Hydraulisches Leitungssystem (1) zum zumindest teilweisen Separieren von dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln in einem Massenstrom, insbesondere in einem Fluidstrom, insbesondere in einem Hydraulikfluidstrom, umfassend - wenigstens einen Einflussstutzen (2), - wenigstens einen Ausflussstutzen (3) sowie - wenigstens eine erste zwischen dem wenigstens einen Einflussstutzen (2) und dem wenigstens einen Ausflussstutzen (3) angeordnete Leitung (4), wobei - die wenigstens eine erste Leitung (4) zumindest teilweise entlang der Leitungsstrecke gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Krümmungsstrecke der wenigstens einen ersten Leitung (4) wenigstens eine zweite Leitung (5) entspringt, wobei die wenigstens eine zweite Leitung (5) im Wesentlichen tangential zur wenigsten einen ersten Leitung (4) in stromabwärts fließender Richtung entspringt.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Leitung (4) einen solchen Krümmungsradius und Querschnitt aufweist, sodass in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Partikel die damit entstehende Zentrifugalkraft die Partikel gegen eine Wand der wenigstens einen ersten Leitung (4) und/oder zweiten Leitung (5) drückt.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste Leitung (4) im Wesentlichen gebogen, vorzugsweise als Kreisbogen, Spirale oder Helix, ausgeführt ist.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krümmungswinkel der wenigstens einen ersten Leitung (4) mindestens 90°, bevorzugt mindestens 180°, beträgt.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Leitung (5) aus einer von einem Krümmungszentrum der wenigstens einen ersten Leitung (4) abgewandten Seite der wenigstens einen ersten Leitung (4) abzweigt.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der wenigstens einen ersten Leitung (4) zwischen dem wenigstens einen Einflussstutzen (2) und dem wenigstens einen Ausflussstutzen (3) stromabwärts nach dem ersten Viertel, insbesondere nach dem ersten Drittel, insbesondere nach der Hälfte, vorzugsweise bei der Hälfte, der Krümmungsstrecke die wenigstens eine zweite Leitung (5) abzweigt.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Leitung (5) in den wenigstens einen Ausflussstutzen (3), in einen anderen Ausflussstutzen, in ein Auffangelement, vorzugsweise in einen Filter, in wenigstens eine Pumpe (7) oder in einen Tank mündet, vorzugsweise endet.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen der wenigstens einen ersten Leitung (4) und der wenigsten einen zweiten Leitung (5) so aufeinander abgestimmt sind, dass das Massenstromverhältnis von dem wenigstens einen zweiten Leitungsmassenstrom zum wenigstens einen ersten Leitungsmassenstrom zwischen 0 und 0,5; vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,4; vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,1; liegt.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Leitungssystem (1) so dimensioniert ist, dass im Wesentlichen alle Massenströme laminare Strömungen sind.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Leitung (5) wenigstens eine Partikeldetektionseinheit (6), insbesondere ein Messglied, zur Partikeldetektion aufweist.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Partikeldetektionseinheit (6), insbesondere das Messglied, ein mechanischer, optischer, akustischer, elektrischer und/oder magnetischer, insbesondere ein thermoelektrischer, piezoelektrischer, resistiver, kapazitiver und/oder induktiver, Sensor ist.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Partikeldetektionseinheit (6), insbesondere das Messglied, ein Signal, insbesondere ein mechanisches, optisches, akustisches, elektrisches und/oder magnetisches Signal, ausgibt.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem wenigstens einen Einflussstutzen (2) und/oder dem wenigstens einen Ausflussstutzen (3) wenigstens eine Pumpe (7) vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Signal der wenigstens einen Partikeldetektionseinheit (6), insbesondere des Messgliedes, der Massenstrom unterbrechbar und/oder die wenigstens eine Pumpe (7) abschaltbar ist.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Leitung (5) mindestens ein zum Auffangen der Partikel geeignetes Element (8), vorzugsweise eine Lamelle, einen Magneten oder einen Filter, aufweist.
Hydraulisches Leitungssystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine zweite Leitung (5) zumindest teilweise eine Querschnittsvergrößerung aufweist, wobei in dem Bereich der Querschnittsvergrößerung keine oder nur eine sehr viel geringere Strömung als im der Querschnittsvergrößerung vorausgehenden Teil der wenigstens einen zweiten Leitung (5) herrscht.
Formgebungsmaschine, insbesondere Spritzgießmaschine, mit einem hydraulischen Leitungssystem (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren zum zumindest teilweisen Separieren von dispergierten, insbesondere suspendierten, Partikeln in einem Massenstrom, insbesondere in einem Fluidstrom, insbesondere in einem Hydraulikfluidstrom, wobei der Massenstrom durch eine entlang zumindest einer entlang einer Leitungsstrecke gekrümmten wenigstens ersten Leitung (4) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom innerhalb einer Krümmungsstrecke der wenigstens einen ersten Leitung (4) zwischen der wenigstens einen ersten Leitung (4) und wenigstens einer zweiten Leitung (5) so separiert wird, dass der Massenstrom in der wenigstens einen zweiten Leitung (5) an der Stelle der Separierung im Wesentlichen tangential zum Massenstrom in der wenigsten einen ersten Leitung (4) ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom in der wenigstens einen zweiten Leitung (5) durch wenigstens eine Partikeldetektionseinheit (6), insbesondere ein Messglied, zur Partikeldetektion vermessen wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Signal wenigstens einer Partikeldetektionseinheit (6), insbesondere eines Messgliedes, der Massenstrom unterbrochen und/oder wenigstens eine Pumpe (7) abgeschaltet wird.